2.1化学反应速率及影响因素复习课件2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二章 化学反应速率及影响因素复习课 1.1 化 学 反 应 速 率 1.概念：用来衡量化学反应过程进行的快慢的物理量。 2.表示方法：通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的 增加量来表示。 3.数学表达式： 4.常用单位： mol/(L·min)、 mol/(L·s) = V∙Δt Δn ￣￣￣ v = Δt Δc ￣￣ = t2–t1 c2–c1 ￣￣￣ 1 mol·L－1·s－1 =60 mol·L－1·min－1 mol ·L-1 ·min-1 mol ·L-1 ·s-1 固体或纯液体的浓度为常数，Δc=0，一般不用其表示化学反应速率； 同一反应中各物质化学反应速率的关系 1.2 对于一个化学反应：mA + nB = pC + qD，如何表示反应速率？ 其 v 可用任何一种物质的c 随时间的变化来表示。 化学反应速率v之比=△c之比=△n之比=化学计量数之比 v (A)︰v (B)︰v (C)︰v (D) ＝∆c(A)︰∆c(B)︰∆c(C)︰∆c(D) ＝∆n(A)︰∆n(B)︰∆n(C)︰∆n(D) ＝m︰n︰p︰q v (A) m = v (B) n v (C) p = v (D) q = 同一反应在相同时间内，用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但都表示该反应的反应速率，意义相同。因此，表示化学反应速率时，必须指明具体物质υ(A)。 【例1】在密闭容器中合成氨的反应 N2 + 3H2⇌2NH3，开始时 ，N2 的浓度为 4 mol/L，H2 的浓度为 12 mol/L，5 min 后 N2的浓度为 3 mol/L。分别用 N2、H2 、NH3浓度变化表示该化学反应速率。 υ(N2)＝ ＝ 0.2 mol/(L·min) Δc(N2) Δt Δc(N2) ＝4 mol/L－3mol/L ＝1 mol/L 1 mol/L 5 min ＝ 3 1 ＝ υ(H2) υ(N2) 2 1 ＝ υ(NH3) υ(N2) υ(H2) ＝ 0.6 mol/(L·min) υ(NH3) ＝ 0.4 mol/(L·min) υ(H2) ＝ 3×υ(N2) υ(NH3) ＝ 2×υ(N2) ①化学反应速率的计算 化学反应速率v之比=△c之比=△n之比=化学计量数之比 关系式法： 公式法： υ(x) = —— Δc(x) Δ t 课堂检测 1.已知：4NH3+5O2=4NO+6H2O(g)，若反应速率分别用vNH3、vO2、vNO、vH2O [mol/(L·min)]表示，则正确的关系式是:（ ） A. vNH3=vO2 B. vO2=vH2O C. vNH3=vH2O D. vO2=vNO D 化学反应速率之比等于化学计量数之比 三段式法 ①写出有关反应的化学方程式； ②标出各物质的起始量、变化量、某时刻量(平衡量)（可用n，也可用c，但要求统一）； ③根据已知条件列方程式计算。 mA(g)＋nB(g) = pC(g)＋qD(g) 起始浓度/(mol·L－1)   a      b          0       0 转化浓度/(mol·L－1)   mx     nx        px     qx 终态浓度/(mol·L－1)   a－mx  b－nx    px     qx △c之比=△n之比=化学计量数之比 化学反应速率的计算 2.1 （1）用不同的物质来表示反应速率 “三段式”法计算 计算中注意以下量的关系 ①对反应物：c(起始)－c(转化)＝c(某时刻) ②对生成物：c(起始)＋c(转化)＝c(某时刻) ③转化率 = N2的转化率= 【例题1】在2L的密闭容器中，加入1molN2和3molH2，发生 N2+3H2  2NH3 ，在2s末时，测得容器中含有0.4mol的NH3，求该反应的化学反应速率。 起始浓度(mol/L) 变化浓度(mol/L) 2s末浓度(mol/L) 0.5 1.5 0 0.1 0.3 0.2 0.4 =20% mol∙L-1·s-1 mol∙L-1·s-1 mol∙L-1·s-1 0.2 1.2 ②利用三段式计算化学反应速率 物质 时间 X Y Z Q 起始/mol 0.7   1   2 min末/mol 0.8 2.7 0.8 2.7 3 min末/mol     0.8   【例4】在2 L密闭容器中进行反应：mX(g)＋nY(g) ⇌ pZ(g)＋qQ(g)。 在0～3 min内，各物质的物质的量变化如表所示： 已知2 min内v(Q)＝0.075 mol·L－1·min－1， ＝。 (1)起始时n(Y)＝________，n(Q)＝________。 (2)化学方程式中m＝___，n＝____，p＝___，q＝____。 (3)用Z表示2 min内的反应速率为__________________。 (4)2 min末Q的转化率为_____。· |Δn(Q)|＝0.3 mol 3.0 2.3 2.3 mol 3.0 mol 1 4 2 3 10% 0.05 mol·L－1·min－1 ＝ 化学反应速率v之比=化学计量数之比 ③提取表格信息计算化学反应速率 ④化学反应速率的比较 归一法 比值法 若单位、物质不统一，则要换算成相同的物质和单位再比较。 比较化学反应速率与化学计量数的比值， 如aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g) 则说明用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率 v(A) a v(B) b > “一看”：看 v 的单位是否一致，若不一致，需转化为同一单位。 “二化”：将不同物质的 v 转化成同一物质的 v ，或分别除以相应物质 的化学计量数。 “三比较”：标准统一后比较数值大小，数值越大， v 越大。 步骤 单位要统一 [例3]反应 A(g) + 3B(g) = 2C(g) + 2D (g) 在四种不同情况下的反应速率为：①v(A)=0.15mol·L-1·s-1 ②v(B)=0.6mol·L-1·s-1 ③v(C)=0.4mol·L-1·s-1 ④v(D)=0.45mol·L-1·s-1 则该反应在不同条件下速率的快慢顺序为: ④>③=②>① ②v(B)=0.6mol·L-1·s-1 ③v(C)=0.4mol·L-1·s-1 ④v(D)=0.45mol·L-1·s-1 v(A)=0.2mol·L-1·s-1 v(A)=0.2mol·L-1·s-1 v(A)=0.225mol·L-1·s-1 v(A) 1 ① =0.15mol·L-1·s-1 v(B) 3 ② =0.2mol·L-1·s-1 v(C) 2 ③ =0.2mol·L-1·s-1 v(D) 2 ④ =0.225mol·L-1·s-1 ①v(A)=0.15mol·L-1·s-1 方法二：比值法 方法一：归一法 比较化学反应速率的快慢 注意：换算成同一物质、同一 单位表示，再比较数值的大小 课堂检测 1.对于可逆反应4NH3+5O2 6H2O+4NO在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是:（ ） A. B. C. D. A v (H2O）= 0.05mol/(L∙S) v (O2）= 1mol/(L∙min) v (NO）= 1.6mol/(L∙min) v (NH3）= 1.2mol/(L∙min) ①看趋势，定位置 观察图像，n(或c)随时间逐渐减小的物质为反应物，反之为生成物。 ②看变化量，定系数 由图像计算各物质在相同时间内的浓度(或物质的量)的变化量，从而确定各物质的化学计量数。 ③看是否共存，定符号 根据图像观察各物质是否最终共存(即是否有物质反应完)，从而判断该反应是否为可逆反应，确定在方程式中用“=”还是“⇌”。 由n(或c)～t图像确定化学方程式的方法 1、在一定条件下，A气体与B气体反应生成C气体。反应过程中，反应物与生成物的浓度随时间变化的曲线如图，则下列叙述正确的是（ ） A、该反应的化学方程式为3A＋B 2C B、在t1～(t1＋10)s时，υ(A)=υ(B)=0 C、t1 s时反应物A的转化率为60% D、0～t1内A应的反应速率为υ(A)=0.4mol/(L·s) A （1）内因 反应物本身的性质是主要因素。如相同条件下Mg、Al与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg 大于Al。 2.外因 增大 减小 不变 增大 减小 气体 增大 减小 增大 相同 比表面积 3.影响化学反应速率的因素 【例6】某化学兴趣小组为探究外界条件对化学反应速率的影响，设计以下四组实验。 实验方案 反应温度/℃ Na2S2O3溶液 稀H2SO4 H2O V/mL c/(mol·L－1) V/mL c/(mol·L－1) V/mL ① 25 5 0.1 10 0.1 5 ② 25 V1 0.2 5 0.2 10 ③ 35 5 0.1 10 0.1 5 ④ 35 5 0.2 5 0.2 V2 (1)V1＝ ，V2＝ 。 (2)设计实验方案①和②的目的是： 。 (3)设计实验方案②和④的目的是： 。 (4)各实验方案均需加入一定体积的水的原因： 。 5 10 探究Na2S2O3的浓度对化学反应速率的影响 探究温度对化学反应速率的影响 各实验方案中混合液的体积均相等 关于控制变量法 1. 化学对照实验坚守单一变量原则，只改动研究的变量，温度、总体积等其他 条件全部保持一致。 2. 溶液体系实验必须保证混合后总体积相同，通过补加水实现，避免体积不同 干扰浓度。 3. 探究浓度影响，固定温度不变，改变反应物浓度；探究温度影响，固定各反 应物浓度不变。 4. 计算试剂体积时，各组总体积相等，用定值总体积减去已有试剂体积，求得 加水体积。 方法总结 关于控制变量法 能力跃迁 1.某同学探究影响硫代硫酸钠溶液与稀硫酸反应速率的因素时，设计如下系列实验: 实验序号 反应温度/℃ Na2S2O3溶液 稀H2SO4 H2O V/mL c/(mol·L-1) V/mL c/(mol·L-1) V/mL ① 20 10.0 0.10 10.0 0.50 0 ② 40 V1 0.10 V2 0.50 V3 ③ 20 V4 0.10 4.0 0.50 V5 该实验①②可探究_________对反应速率的影响，因此V3=_______;实验①③可 探究____________________对反应速率的影响，因此V5=_________。  温度 0 稀H2SO4的浓度 6.0 C 4 其他条件相同，探究过氧化氢浓度对过氧化氢分解速率的影响 3 其他条件相同，增大铁离子浓度，过氧化氢分解速率加快 做题技巧：控制变量实验，改变一个变量，其余不变，加水补齐，保证溶液相等 一、基元反应与反应历程 2HI→H2+2I· 例如：2HI = H2+I2 实际上是经过下列两步反应完成的： 2I·→I2 带有单电子的原子或原子团 自由基： 基元反应： 每一步反应都称为基元反应 反应历程：这两个先后进行的基元反应反应了2HI = H2+I2的反应历程， 反应历程又称反应机理 像上述反应历程中的I·一样，带有单电子的原子或原子团叫自由基，如O·自由基。 对于由多个基元反应组成的化学反应，其总反应的反应速率由反应速率最慢的一步基元反应决定 1．基元反应发生的条件 是什么启动了“基元反应” ？ ※ 先决条件是反应物的分子必须发生碰撞 。 要发生反应，对于碰撞也是有要求的。 通常情况下，当气体的浓度为1 mol/L时，在每立方厘米、每秒内反应物分子间的碰撞可达到1028次。如果反应物分子间的任何一次碰撞都能发生反应的话，反应只需10-5 s就可以完成。换言之，任何气体的反应均可以瞬间完成。但实际并非如此。 二、有效碰撞理论 ——有效碰撞 ※ 反应物分子必须具有一定的能量； ※ 碰撞时有合适的取向。 21 三.有效碰撞 有效碰撞必须满足两个条件 a、合理取向:分子在一定方向上发生碰撞 b、活化分子:发生碰撞的分子具有较高的能量 2、活化分子：具有足够的能量能发生有效碰撞的分子。 (1)发生有效碰撞的分子一定是活化分子； (2)活化分子的碰撞不一定是有效碰撞(由于取向问题）。 注意： 四、 活化能与活化分子 3、活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差。 23 反应过程 能量 E1 E2 反应物 生成物 活化分子 断键吸收的能量 成键放出的能量 △H （正反应的）活化能 （逆反应的）活化能 △H与活化能大小无关 注意：△H=E1-E2 碰撞理论解释外界因素对化学反应速率的影响 (1) 催化剂参与化学反应，改变反应途径，降低化学反应所需的活化能，但不能改变反应热，且催化剂反应前后质量和化学性质不变 (2) 可逆反应中催化剂对正、逆反应的速率改变程度相同 (3)催化剂具有选择性，不同反应有不同的催化剂，不同催化剂的催化 活性不相同，不同催化剂的活化温度不同 ②中间体：只在过程中出现； 在反应机理中： ①催化剂：反应前后存在，过程中不存在。 催化剂直接和原料反应，可循环再生 4、催化剂对反应速率的影响 未使用催化剂时：反应的活化能为Ea 使用催化剂K后，反应分两步： 第一步：活化能为Eal 第二步：活化能为Ea2 这两个分步反应的活化能都比原来的Ea要小，因此反应速率加快。 又因为Ea1>Ea2，所以第一步是慢反应，第二步是快反应。 而整个反应的速率是由慢反应决定的，也叫“决速步骤”。所以第一步的活化能Eal 就是在催化剂条件下整个反应的活化能。 使用催化剂能降低反应的活化能,但不能改变反应热(ΔH); 4、活化能、活化分子、有效碰撞、反应速率关系: 反应速率越快 活化能越低 活化分子百分数越大；或单位体积内活化分子数越多。 单位时间有效碰撞次数越多 单位时间和体积内，活化分子数越多，有效碰撞次数越多，反应速率越快！ 5.多步反应的活化能及与速率的关系 (1)多步反应的活化能：一个化学反应由几个基元反应完成，每一个基元反应都经历一个过渡态，及达到该过渡态所需要的活化能(如图E1、E2)， (2)活化能和速率的关系：基元反应的活化能越大，反应物到达过渡态就越不容易，该基元反应的速率就越慢。一个化学反应的速率就取决于速率最慢的基元反应。 活化能与反应历程 2.模型应用与指导 (1)根据过渡态的数目确定使用催化剂时反应历程包含几步反应:过渡态数目(“波峰”对应物质)=分步反应的步数。 (2)分步反应中,活化能最大的反应,反应速率最小,是整个反应历程的决速步。 (3)可根据物质具有的相对能量判断其稳定性,物质具有的能量越小,该物质越稳定。 活化能与反应历程 图中中间体(“波谷”对应的物质),第一步反应的生成物是第二步反应的反应物。 对于含有多步基元反应的反应历程,思维过程与上图相似。例如:一定条件下,CH4分解形成碳的反应历程如图所示。一般每出现一个峰,为一个过渡态,每越过一个峰,为一步反应。该历程分4步进行,其中第4步的正反应活化能最大。活化能最大的步骤为反应最慢的步骤,为决速步,决速步的反应为CH+3H→C+4H。 活化能与反应历程 例题1.催化剂Ⅰ和Ⅱ均能催化反应R(g) P(g)。反应过程(如图所示)中,M为中间产物。其他条件相同时,下列说法不正确的是 (　　) A.使用催化剂Ⅰ和Ⅱ,反应历程都分4步进行 B.使用催化剂Ⅰ和Ⅱ,能改变反应的活化能, 但不能改变ΔH C.使用催化剂Ⅱ时,反应体系更快达到平衡 D.使用催化剂Ⅰ时,反应过程中M所能达到的 最大浓度更大 C 解析 两种催化剂均出现四个波峰,故使用催化剂Ⅰ和Ⅱ的反应过程都分4步进行,A正确;使用催化剂Ⅰ和Ⅱ能改变反应的活化能,但不能改变ΔH,B正确;使用催化剂Ⅰ的最高活化能小于使用催化剂Ⅱ的最高活化能,使用催化剂Ⅰ时反应速率更大,反应体系更快达到平衡,C错误;在前两步反应中使用催化剂Ⅰ活化能较低,反应速率较大,后两步反应中使用催化剂Ⅰ活化能较高,反应速率较小,故使用催化剂Ⅰ时,反应过程中M所能达到的最大浓度更大,D正确。 解题指导　(1)关键信息:①图中两条曲线均出现4个“波峰”和3个“波谷”;②使用催化剂Ⅱ时,第1步反应的活化能较高;③使用催化剂Ⅰ时,M转化为相邻过渡态时的活化能更大。 (2)加工应用:根据过渡态数目确定分步反应的步数,根据活化能大小确定分步反应的速率,再进行相关分析、判断。 4.水煤气变换反应为 在金催化剂表面上水煤气变换 的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物质用 回答以下问题： ① (填“<0、 =0或 >0”) <0 2 4.水煤气变换反应为 在金催化剂表面上水煤气变换 的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物质用 回答以下问题： ②决定反应速率步骤(慢反应)的化学方程式为： 。 5.水煤气变换反应为 在金催化剂表面上水煤气变换 的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物质用 回答以下问题： ④该反应的活化能E活= ③该历程中最大能垒(活化能)E正= 1.86 ev 2.02 ev 简化后 35 2. 当一个化学反应存在多个过渡态时，总反应的活化能等于最高过渡态-整个反应最开始的反应物 1. 化学反应的活化能越大，反应速率越慢。 3. 正反应最大的活化能对应的基元反应是反应的决速步骤。 历程中最大能垒(活化能)E正=过渡态-这一步自己的反应物（中间态） C 【例5】活泼自由基与氧气的反应一直是关注的热点。HNO自由基与O2反应过程的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)   A．该反应为吸热反应 B．产物的稳定性：P1>P2 C．该历程中最大正反应的活化能E正＝186.19 kJ·mol－1 D．相同条件下，由中间产物Z转化为产物的速率：v(P1)<v(P2) 如图(Ea表示活化能)是CH4与Cl2生成CH3Cl的部分反应过程能量变化关系图，下列说法正确的是 A.题述反应为吸热反应 B.升高温度，Ea1、Ea2均减小，反应速率 　加快 C.第一步反应的方程式可表示为Cl·+CH4 　—→CH3·+HCl D.第一步反应的速率大于第二步反应的速率 √ 练习5.中间体、过渡态、活化能、决速步 【归纳总结】 增大 浓度 压强 （指压缩体积） 升高 温度 使用 催化剂 单位体积内 分子总数 活化分子数 活化分子百分数 有效碰撞次数 反应速率 ↑ ↑ 不变 不变 ↑ 不变 ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 不变 ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 【变1-2】在有气体参加的反应中，能使反应物中活化分子总数和活化分子百分数都增大的措施有（ ） ①增大反应物浓度 ②增大压强 ③升高温度 ④加入催化剂 A．①② B．②④ C．①③ D．③④ 【变1-3】对于水煤气转换反应 ，下列条件的改变，能增大活化分子百分数的是 A．降低温度 B．增大反应物浓度 C．恒容条件下，充入稀有气体 D．使用催化剂 1.速率方程和速率常数 假设某反应为aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)，其速率方程可表示为v＝kca(A)·cb(B)，式中的k称为反应速率常数或速率常数。反应速率常数k表示单位浓度下的化学反应速率，在恒温下，不因反应物浓度的改变而变化；但受温度、催化剂、固体表面性质等因素的影响。通常反应速率常数越大，反应进行得越快。 反应aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)的速率方程也可写为v正＝k正ca(A)·cb(B)，(k正为正反应的速率常数)、v逆＝k逆cc(C)·cd(D)，(k为逆反应的速率常数)。该反应的化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的幂的乘积成正比。 2.反应级数 某化学反应aA(g)+bB(g)⇌cC(g)+dD(g)，若其速率方程的形式为v正＝k正ca(A)·cb(B)，则该反应的反应级数为a+b，即速率方程中幂指数之和。 6.速率方程和速率常数 v(A)＝－，v(B)＝－，v(C)＝，v(D)＝ $